第七章数控机床伺服系统ppt课件.ppt

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1、第七章数控机床伺服系统4全数字式伺服系统3伺服系统性能及参数2位置控制1概述第一节概述1、数控机床伺服系统的概念及组成形象描述：如果说CNC装置是数控机床的“大脑”，发布“命令”的指挥机构，那么，伺服系统就是数控机床的“四肢”，是一种“执行机构”，它忠实而准确地执行由CNC装置发来的运动命令。数控机床伺服系统——以数控机床移动部件（如工作台、主轴或刀具等）的位置和速度为控制对象的自动控制系统，也称为随动系统、拖动系统或伺服机构。它接受CNC装置输出的插补指令，并将其转换为移动部件的机械运动（主要是转动和平动）。伺服

2、系统是数控机床的重要组成部分，是数控装置和机床本体的联系环节，其性能直接影响数控机床的精度、工作台的移动速度和跟踪精度等技术指标。第一节概述1、数控机床伺服系统的概念及组成通常将伺服系统分为开环系统和闭环系统。开环系统通常主要以步进电动机作为控制对象；闭环系统通常以直流伺服电动机或交流伺服电动机作为控制对象。在开环系统中只有前向通路，无反馈回路，CNC装置生成的插补脉冲经功率放大后直接控制步进电动机的转动；脉冲频率决定了步进电动机的转速，进而控制工作台的运动速度；输出脉冲的数量控制工作台的位移，在步进电动机轴上或工

3、作台上无速度或位置反馈信号。在闭环伺服系统中，以检测元件为核心组成反馈回路，检测执行机构的速度和位置，由速度和位置反馈信号来调节伺服电动机的速度和位移，进而来控制执行机构的速度和位移。第一节概述驱动电路步进电机工作台脉冲伺服系统的分类(按调节理论分类)（1）开环伺服系统指令伺服电机速度检测速度控制位置控制位置检测（2）闭环伺服系统第一节概述伺服电机速度控制位置控制工作台脉冲编码器指令（3）半闭环伺服系统第一节概述Fig7.1.1数控机床闭环伺服系统双闭环系统，内环是速度环，外环是位置环。速度环由速度调节器、电流调节

4、器及功率驱动放大器等部分组成，利用测速发电机、脉冲编码器等速度传感元件，作为速度反馈的测量装置。位置环是由CNC装置中位置控制、速度控制、位置检测与反馈控制等环节组成，用以完成对数控机床运动坐标轴的控制。数控机床运动坐标轴的控制不仅要完成单个轴的速度位置控制，而且在多轴联动时，要求各移动轴具有良好的动态配合精度，这样才能保证加工精度、表面粗糙度和加工效率。第一节概述1、数控机床伺服系统的概念及组成（1）在位置控制中，根据插补运算得到的为之指令（即一串脉冲指令或二进制数据），与位置检测装置反馈来的机床坐标轴的实际位置

5、进行比较，形成位置偏差，经变换得到速度给定电压。（2）在速度控制中，伺服驱动装置根据速度给定电压和速度检测装置反馈的实际转速对伺服电动机进行控制，以驱动机床部件，从而把速度量变为位置量。第一节概述2、数控机床对进给伺服系统的要求（1）可逆运行加工过程中中，机床工作台根据加工轨迹的要求，随时可能要求正向或反向运动，同时要求在方向变化是，不应有反向间隙和运动的损失。从能量的角度看，应实现能量的可逆转换，即在加工运行时，电动机从电网吸收能量变为机械能；在制动时应把电动机的机械惯性能量转为电能回馈电网，以实现快速制动。（2

6、）高精度伺服系统的精度指输出量能够复现输入量的精确程度。由于数控机床执行机构的运动是由伺服电动机直接驱动的，为了保证移动部件的定位精度和零件轮廓的加工精度，要求伺服系统应具有足够高的定位精度和联动坐标的协调一致精度。一般的数控机床要求的定位精度为0.01~0.001mm，高档设备的定位精度要求达到0.1μm以上。在速度控制中，要求高的调速精度和比较强的抗负载扰动能力。即伺服系统应具有比较好的动、静态精度。第一节概述2、数控机床对进给伺服系统的要求（3）良好的稳定性稳定性是指系统在给定输入作用下，经过短时间的调节后达

7、到新的平衡状态；或在外界干扰作用下，经过短时间的调节后重新恢复到原有平衡状态的能力。稳定性直接影响数控加工的精度和表面粗糙度，为了保证切削加工的稳定均匀，数控机床的伺服系统应具有良好的抗干扰能力，以保证进给速度的均匀、平稳。（4）动态响应速度快动态响应速度是伺服系统动态品质的重要指标，它反映了系统的跟踪精度。目前数控机床的插补时间一般在20ms以下，在如此短的时间内伺服系统要快速跟踪指令信号，要求伺服电动机能够迅速加减速，以实现执行部件的加减速控制，并且要求很小的超调量。第一节概述2、数控机床对进给伺服系统的要求(

8、5)调速范围要宽，低速时能输出大转矩。机床的调速范围RN是指机床要求电动机能够提供的最高转速nmax和最低转速nmin之比，即：其中nmax和nmin一般是指额定负载时的电动机最高转速和最低转速，对于小负载的机械也可以是实际负载时最高和最低转速。一般的数控机床进给伺服系统的调速范围RN为1：24000就足够了，代表当前先进水平的速度控制单元的技术已可达到1：